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CNCでアクリルを削る。(CNC集塵対策) [CNC]

CNCで初めてアクリルを削ってみた。
ミルは木を削るときも使う1/8インチ径の2枚刃のスパイラル。

堅めの木の場合、パス当たりの切削深さは1.5mm、送り速度は毎分1000mmm程度にする事が多いが、アクリルはこれよりさらに堅いのでそれぞれ0.5mmと600mmに設定してみた。
パラメーターとしてスピンドルの回転数も考慮する必要があるが、もともと12000rpmまでしか回せないので、最高速度で問題なかろう。

削ったのは厚さ10mmのアクリル。
IMG_0107 - コピー.jpg
あっという間に削りカスだらけになる。
アクリルは比重もあり、粉になって舞い上がらないためこれでも扱いやすい。
木質材料の場合は、切りくずがかなり広範囲に広がって散らばるのと、粉塵が舞い上がるので、切削中はほぼ付きっきりで集塵機で吸い取る必要がある。

切削時間は約60分でこういうのができあがる。
IMG_0117 - コピー.jpg

これが何かというとCNCルーターの集塵フェンスの天板部。
dust shoe.jpg
youtubeなどにある動画の英文では、よくdust shoe(「塵取り靴」?)と標記されている。

まあ、見た面はそんな感じもする。

6mmの深さで掘った溝にブラシをはめ込んで固定したところ。
IMG_6910.jpg
スリッパというよりデッキブラシに近い。
小さい穴にはエンドミルを通し、大きい方に集塵ホースが付く。


ちなみに、Gコード化(CAM)はJSCUTを使用したが、その前段でInkscapeでこういう図形を書いた。
inkscape s.png
黄緑部分は幅4mmで、着諸部分を深さ6mmで削り、ブラシを嵌める溝にする。
水色部分は、これの外周を深さ10mmで切削し、外形を切り出す。
矩形のピンクはタブ(切り離した際に、パーツが動かいないように保持するため厚さ1.5mm程度の切り残し)を設定するためのもの。

こういう風に色分けし、それぞれの加工対象を図形化しておくとJSCUTの作業がやりやすい。
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TV台を作る [木工]

 個人的には、TVはほとんど見ないのだが、TV台はよく作る(笑)
IMG_6858.jpg
 これは、要望があって作った娘のTV台。
 低いキャビの上にTVやディスクプレーヤー、ハードディスクなどが占領していてなんともむさいので、これらを整理する意味合いもある。

 最初は、オーソドックスにこういう設計をしてみたが・・・
無題.png

 パーソナルスペースからのアクセスを考えると台の斜め方向からTVを見るか形になるため、こういう三角形状がものぐさ太郎には最適であることを発見する。
TV lack.png
棚板は、40cm×90cmの化粧板を斜めに2分割して整形する。
棚.png
切断した木口には、フレームと同じ材種の薄板を貼りつける。


この棚の左右から5cm(4cm)×2cm断面の角材を組み合わせたフレームを作り、両側から挟み込んで、スクリューで止める。


角材の接合は、簡易にダボ組とする。
通常、ダンボ穴開けにはこういう治具が便利でよく使っているが、

治具の2本のポールで材を挟み込んで中心・垂直出しをする関係で、小さい木口断面や木端の端への穴開けには使いずらい。

そこで、フレームにする角材の一部を切り取って、こういう感じに穴を開けた治具を作る。確か、Youtubeのマリウス・ハンベルガーのチャンネルで見たテクニックだ。IMG_6803.jpg


木口には、こういう感じに重ねてクランプで固定し、穴をガイドにしてドリルで穴を空ける。
IMG_6806.jpg
IMG_6809.jpg
もとは同じ材、同じサイズになるので、位置決め精度は文句なし。


相方の木端にも同じ治具をクランプで固定し、ドリルを通す。
IMG_6813.jpg

写真をあまり撮っていなかったので分かりずらいが、組む相方の方向をよく考えて治具を当てないとうまく接合できない。
IMG_6820.jpg

で、できたのがこれ。
IMG_6823.jpg
猫はなかなか好奇心旺盛です。
フレーム側には、棚を落とし込むために、ルーターで2~3mm程度の溝を掘っている。
IMG_6827.jpg

猫が邪魔して下の方が見えないが、
狭い方のフレームの横方向を繋ぐ材はウォールナット。
IMG_6856.jpg
濃い色をワンポイントにして少しカッコよさを狙った。
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IQランプを作る

IMG_6568.jpg
なかなか幻想的な写真。
前回に引き続き照明系です。

照明を消すとこんな具合
IMG_6571.jpg
まったく表情が変わって面白い。

これ、IQランプ(IQ lamp)というランプシェードです。
左の一灯式ペンダントのシェードを取って、ランプだけを中に入れている。
IMG_6575.jpg

こういう形状のシート30枚を組み合わせて作る。
6acc09e20.jpg
このシートをレーザーカッターで切り出すべく、習作のつもりでずいぶん前から作り始めていたがようやく完成した。

素材は、ポロプロピレンのシート
IMG_6357.jpg
厚さが0.75mmもあって、実はもっと薄いほうがよかった。

これに30枚のシートが無駄なく収まるようCADを作成。
IQ30piece.png
このサイズだと出来上がりは20cmになる。

ここからが結構大変。曲線の集合なのでデータが重い重い。
インクスケープで図形の一部を見たところ・・・・細かすぎる。
inkscape iq.png
データを間引くべきだったが、当時は方法がわからずそのままGコードを作る。

が、重たすぎるので一行、5枚のみのをカットするGコードにし、
inkscape iq2.png
1行終わるごとに、シート現物かY軸原点を75mmづつ動かすことにする。

しかし、0.5Wの半導体レーザーでは全く歯が立たず。
IMG_6354.jpg
5cm/分で送ってもレーザーが当たった部分に溝はできるが、切れる気配がない。それでもこの速度だと1行5ピースの加工に50分近くかかってしまう。

結局、最後はハサミやカッターで切り刻み、切れ込みの先端部分はボール盤で3.5mmの穴をあけた。
IMG_0052.jpg

 途中中断もあったりで、完成までになんと半年!
で、アマゾンを見ると40cmのものがこの値段。
 

IQランプが欲しいだけなら買った方がはるかにお得です。
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バンドソーにLED照明を付ける [バンドソー]

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工房にはまともな照明がないため、
バンドソーの手元照明は当初からか付けたいと考えてきたのだが、なかなか手がつかず。
100円ショップで買ったボタン電池式でクリップのついたやつや、
DSC_5543.jpg

フックのついた電池式LEDなどを吊るして使っていたが、
IMG_6544.jpg

今回、ようやくLEDモジュールを使ってコンパクトなバンドソースイッチ連動式の手元照明を付ける。


実際に使ったのは、秋月電子で購入したLEDモジュール
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抵抗はすでに仕込んであるので、12V電源を繋ぐだけで点灯する。
消費電力は、確か50mA程度だったと思う。

裏側に電極があり、自分でケーブルをハンダ付けした。
IMG_6563.jpg

中心に空いた穴に小径の造作ねじを通し、プラスペーサーを間に挟んで直接ホイールカバーの裏側にねじ込む。
IMG_6551.jpg

かなりいい加減なカバー裏の配線。
IMG_6550.jpg

DC12Vを供給するACアダプタは、バンドソー(ACアダプタの上の黒い丸型コンセントがモーターのもの)と共通のコンセント刺さっており、ここへのAC100V給電を主電源スイッチにより行う。
IMG_6555.jpg

ACアダプタは相当に古い9Vだが、特に暗いとかの不都合はない感じだ。
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CNCで木製ノブを作る(その3) [工具]

Gコードを実行する。
IMG_6503.jpg

結果がこれ。
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レーザーの線に対して1,2mm左側にずれている。

プローブの際にフェンスに当てたエンドミルは2枚刃のスパイラル形状のため、当たったときの位置関係によっては誤差が生じた可能性、あるいは、材が右側に動いた可能性もある。

ここは、線の方を修正すべく、レーザーの罫引き線を引き直す。
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まだ少しずれている感じで修正量が少なかったようだが、ここはあまり精度は必要ないのでこれでよしとする。
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バンドソーでカット
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さらに、羽の両サイド裏側をカット。
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ナットを押し込んだとろこ。
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CNC加工部分は毛羽立ちをカッターで削った程度でとくに修正は行わなかったが、ナットの面取りしてある方を下にハンマーで叩くとすんなり入った。

抜ける心配はなさそうだが、必要ならエポキシで接着すればいい。
矢印に割れが入っているが、材が木口に面した端材で元からあったひびが広がったようだ。

ボンドを入れて、ネジ止めして修復。
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ノブスタートの比較
IMG_6523.jpg
径が大きいので、当然締めのトルクも強い。
タグ:自作 CNC
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CNCで木製ノブを作る(その2) [CNC]

CNCルーターで空ける六角穴の切削イメージ
nut cutting.png
水色がナット、濃いピンクが切削部分になる。
切削範囲はナット外周より0.1mm小さく、また、エンドミルの軸径3.175mm(1/8インチ)に伴うコーナーの円弧形状の切り残しにより、ナットは抜けにくくはなるが、穴が小さすぎると割れてしまう。

この加工では、JSCUTの切削種類を「Inside」にし、図形の内周に沿ってエンドミルが一周する。
jscut.jpg
切削種類を「Pocket」にすれば6角形の内側全部を抜くこともできるが、今回は中央の削り残しは、後でボール盤で抜くことにする。

結果は、JSCUTでこんな風にタイムラインに沿ってシミュレートできる。視点も自由に変えられる。
jscut2.jpg
これは材料の下(内)側から見たところ。青い部分切削部分になる。

作成したGコードを展開し真上から見たところ。
nobu  router.png

3D表示にして、斜めからの視点に変えるとZ軸方向にいくつもパスがあることが分かる。
nobu router 3D.png

ナットは8mm厚なので、JSCUTで切り込み深さ8.6mm(適当)、パス当たりの切削量1.6mm(これも適当)を指定すると、自動的に切り込み深さまで必要なパスを設定してくれる。
パス当たりの切削量は、材の硬さ、スピンドルのパワーや駆動系のトルク・精度などを考慮する必要があるが、切削量を欲張ると、抵抗が増し、駆動系への負担が大きくなるし、スピード低下、切削音が大きくなるなどの影響が出てくる。

スピンドルは一般的なトリマーと同程度のパワー、材はナラで堅いため深さは欲張らず、送り速度は加工時に標準的な1000mm/分とした。この辺はいろいろ試して経験を積む必要がありそうだ。

レーザー加工面の上からこのルーター加工を実行するが、
レーザーと違ってZ軸方向の設定がそのまま深さ方向の精度に影響するため、CNCマシンに材料表面位置を設定するプローブという作業が必要になる。

具体的には、エンドミルの先端が材料に接する位置を検出し、そこをZ軸の作業原点(ゼロ)としてマシンに設定する。

Z軸プローブのために見よう見まねで自作した治具。
IMG_0020.jpg
ステンレスの板はダイソーで見つけた磁石の相方プレート。裏に厚手の両面テープが付いていてプローブ時のショックを和らげる?

こんな具合に使う。(別の作業だが)
IMG_6393.jpg
鰐口の片方はエンドミル、もう片方は原点位置に置いた金属板などをくわえる。
各鰐口はCNCシールドの電極に繋がっている。
bCNCのプローブを実行をすると、Z軸が少しづつ下がり、エンドミルと金属板が接触した瞬間動きが止まるので、その位置の座標値ゼロに設定する(金属板の厚み分は差し引きする)。

なお、鰐口の根元はミニプラグで、使用時のみX軸ガントリーにつけたメス端子に接続、
IMG_0023.jpg
ここからが他の配線と一緒にCNCコントローラーまで伸びて、CNCシールドに接続する。詳細は「自作CNCマシン・・・」さんのprobeというタグに詳しい。

一方、X、Y軸
板の任意の場所から外形も含めて切り出すような加工であれば、原点座標はあまり厳密に考慮しなくていいが、今回のように既に外形ができていて、特定の位置に加工を施す場合は厳密に原点出しが必要になる。

レーザーと同じように方法で、先の尖ったミル
IMG_0024.jpg
をセットして、この先端を物理原点に合わせる方法もあるが、なかなか難しいので、こういう治具を作る。
IMG_0019.jpg
左下コーナーが直角になった板のそのコーナーの外周に接する位置にL金具を固定したもの。
板は、たまたまあったL型合板を使ったが、このコーナーが直角であればどんな形でもよい。合板部の左下コーナーが原点になり、水平垂直をX,Y各軸に合わせる。加工する材はこのコーナーに直角に合わせて配置する。

X軸の場合は、X軸を右方向に動かしエンドミルがL金具の上下の面に当たるように、Y軸は手前に動かして左右の面に当たるようにプローブする。
IMG_6414.jpg
停止した座標は、ミルの半径が加わっているので、半径分を加える補正をする。

なお、レーザーとルーターの芯のオフセット量が一定していれば、bCNCの座標値をオフセット量だけ直接修正する方法もある。

長くなったので、今日はこの辺まで。

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CNCで木製ノブを作る [工具]

治具や工具などを作る際にはナットやボルトを仕込んだノブスターをよく使う。
DSC_4317.jpg
ノブスターは手軽なだが、状況によっては必ずしも使いやすいとも限らない。

過去に、バンドソーのアーム固定用にM8ボルトを仕込んだノブスターを使ってみたが、締めずらかったため、オリジナルプランの木製ノブに変えたところ締めがとても楽になり、使いやすくなった。
DSC_4632.jpg
ただ、メープルにノミで精密に6角穴を空けるのはなかなか根気がいるし、数をこなす気にはならない。

今回、自作クランプのネジを締めるのに3/8インチのナットを仕込んだノブを10個ばかり作ることにし、手持ちのノブスターで足りない分をCNCを使って自作する。

切り出し線の罫引きもレーザーカッターで描くため、ルーター作業用のGコードとレーザーカッターによる罫書き用のGコードを別々に作り、一つの材に対して両方で加工することになる。今回あえて切り出しをルーターでやらないのは、この併用がうまくいくかを試してみたかったのもある。

まず、JWCADで基本部分のCADを作成
nobu  cad.png

これを元に、ルーター用、レーザー用のそれぞれの加工線を別レイヤーに描いて、余分な線は消した後、dxf型式でそれぞれ別に保存する。

ここでポイントは、ワークの材は同じ位置に固定するので、双方のGコードの原点位置を同じにする必要があること。このため、CADの段階で加工範囲の矩形部分の左下に原点の座標が分かるようにマークを残しておく(CADの左端ノブの左下にあるピンクのLの頂点)。

ここから先、レーザー用はInkscapeで、ルーター用はInkscapeとJSCUTでそれぞれGコードを作成するが、以後の説明は、ソフトの操作になって自分の文章力では非常に長くなり大変なのではしょらせてもらいます。

GコードセンダーソフトのbCNCにレーザーのGコードを展開したところ。
nobu LD.png
赤丸が原点、黒線がレーザーヘッドの軌跡になる。

加工する材は、直角定規のLの角に置くので、この角がGコードの原点と同じ位置になるようCNCマシン側を設定する。
X軸、Y軸を微調整して、この角にレーザー光が当たるように合わせる。
IMG_6485.jpg

この点がCNCマシンの作業原点とするので、bCNC側のX,Yの座標値をゼロにしておく(赤矢印)。
origin.png
赤い四角枠内に表示される作業座標値もゼロになる。

これで実行。
IMG_6486.jpg

こんな感じにカット線が引ける。
IMG_6487.jpg

(つづく)
タグ:自作 CNC ノブ
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CNCマシンのその後 ストレージ [CNC]

 Z軸キャリッジ上のストレージ構成を当初プランから若干変更した。
IMG_6228.JPG
 当初はスピンドルとレーザーカッターをZ軸キャリッジに並列で並べていたが、これだとレーザーカッターの台座が邪魔をしてホースバンド取り回しができない。

 大きめの結束バンドが使えないかもやってみたが、締め上げができないためこれは無理。
 結局、レーザーカッターは取っ払い、スピンドルだけをキャリッジ中央に配置する。

 スピンドルを置く枕部分はナラの端材からバンドソーで切り出したブロックを使用。
IMG_6154.jpg
 こうやってサンダーを掛けようとするも、ローラー径よりわずかに小さい・・
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 実際にスピンドルを置いて、前後の高さを測るとほぼ水平なので、特に修正は行わず。
IMG_6158.JPG

 裏側には溝を掘って、ここにホースバンドを通す。
IMG_6159.JPG
 本体への固定はM4ボルト6本を使用する。
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 できればM5を使いたいところだが、ブロックの大きさに対して通し穴のサイズが厳しい。

 レーザーカッターの方は、X軸キャリッジ側に固定しているTスロットに収容することにする。
IMG_6479.jpg
 このTスロットは、集塵用フェンスを保持するステーを固定、上下にスライドさせるために取り付けたものだが、当初レーザーカッターを固定していたスロットと同じ形状なので、そのまま使える。
 集塵するときは、レーザーカッターを取り外し、ダストフェンスのステーに付け替える。






タグ:自作 CNC
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CNCマシンのその後 コントーラーボックス [CNC]

IMG_6422.jpg
その後色々と進展はあったので、一応現状の紹介をしておくことにする。

これがCNCコントローラーを納めるために作った木製ボックス。
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4面木製で無駄に強度はあるが、小さすぎるし内部へのアクセスが、最悪。それに、なんか歪んでますね(^^;
できれば造り直したい(笑)

内部には、スイッチング電源が3つとCNCコントローラーの3重基板とレーザーカッターコントローラー基板が入る。
背面に手持ちのPC用9cmFANを付けた。
controller.png
電源は、
 ①コントローラー用 24V10A(新品)
 ②FAN、スピンドル部照明用  12V(5V)2.5A(中古)
③レーザーカッター用  12V3A(中古)

 ケースの前面と天面にアルミ樹脂ボードというパネルをビスで止めてある。
IMG_6399.jpg
 パネルには、各種のスイッチ類を適当に配置・・・・適当過ぎたと反省。

 天面にメイン電源スイッチ、レーザーカッタースイッチ、緊急停止ボタン。
IMG_6401.jpg
 緊急停止ボタンを押すと、AC主電源の切断(OFF)とCNCシールドのリセット(ON)の2系統のスイッチが入るようになっている。

 前面には、通風用の穴の他、CNCシールドの電源スイッチ、レーザーカッターのTTL制御のオン・オフ切替えのトグルスイッチ、それとコントローラー関係の一時停止などのプッシュボタン、USB、ケーブルコネクタ端子盤を配置した。
IMG_6430.jpg
 パネルのボードは樹脂を薄いアルミ板でサンドイッチにしたもので、木工用刃物で簡単に加工できて使いやすい。

一番苦労したのがケーブル収容。
色々迷ったが、CNCマシン本体からのケーブルは34端子のMILコネクタ1つに集約して、コントロールボックスと接続することにした。

 コントローラー側のソケットはLタイプとストレートタイプのMILソケットの足どうしを合わせてハンダ付けし、これをBOXにネジ止め。
IMG_6186.jpg
 一応通電、異常なショートがないか確認し、テスター上は異常なしなのだが、強引なハンダ付けに無理があったのか、どうもこの辺が原因としか考えられない配線上の不具合が頻発した。基板上に別々に固定し、その間を結線したほうがよかった。
 このため、現状、Y軸左モーターのケーブルだけは、このコネクタを通さず直接ケース内に収容している。

 ちなみに、現状でのMIL端子の割り振り。
mil connecter.jpg
LEDはスピンドルの刃先を照らす照明用でLED取り付けなどはこれから。
LDはレーザーカッター、FANはレーザーカッターについているクーラー。
Probeはルーターのエンドミルの位置を検出するためのもの。
タグ:自作 CNC
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レーザーカッターによるCNCマシン精度確認 [CNC]

 レーザーカッターはAliexpressで4千円というのをついポチってしまった。
Ali Screen shot.png
 出力は0.5wとレーザーカッターとしては最低レベルだが、焦点が合っていれば、紙なら十分切断できるし、木材への線引きもこなせる。
 ただし、この程度のパワーではレンズの焦点が少し外れても切れなくなるので、十分にレーザーを収束させる必要がある。 

 6mmベニヤに線を引いているところ。
IMG_6192.jpg

 先端の円筒形の部分がレンズで、回転させて焦点距離を調節する。
IMG_6195.jpg
 さらに線が最も細くなるよう材とレンズまでの長さを調節する。48mmの線が一番細くなっており、この辺りに焦点があるようだ。
IMG_6337.jpg
 レーザーの送り速度は100mm/分程度か。

 小パワーとは言え、反射光でも直視するのはあまり気持ちいいものではないので、レーザー光が見える場合は必ず付属の安全メガネは着用。
IMG_6338.jpg

 レーザーカッターは、材に直接罫書きやレンダリングをしたり、薄手の樹脂や紙、布の切断などいろいろな応用が考えられるが、実用用途としてはCNCマシンの精度確認に使ったのが最初になる。

 マシンの構造部を作る中で、精度的に気になっていたのがX軸とY軸の組み付け角度。
IMG_6266.jpg
 これの直角が狂っていると、加工結果もそれに倣って狂う。
 つまり、CADで正方形を描き、直角が狂っているCNCで切り出した場合、菱形に歪んでしまう。

 そこで、レーザーカッターで実際のCNC駆動により直角を描き、描いた線で直角精度を確認してみることにする。

 まず、JWCADで直角を描くところから。板の大きさに合わせ縦250mm、横400mmの直角を描く。
jwcad screen.png

 レーザー用Gコード作成はフリーのドローソフトInkscapeを使うため、JWCADからDXF型式で保存し、Inkscapeにインポートする。最初からInkscapeで直角が描ければわざわざこんな事をする必要も無い。
 Inkscapeの拡張機能の中にある「Generate Laser Gcord」の「j Tech ・・・・」を選択する。これは確かアドオンなので、別にインストールが必要。
Inkscape.png
このようなポップアップが開くので、ここにコマンドやパラメーターを入れ「適用」を押すと所定のフォルダにGコードファイルが出力される。
Inkscape EXT.png
 Laser ON command欄には、レーザーが出力可変(TTL対応)できる場合はM04、できない場合は出力固定のM03を使うようだ。M04だと、駆動速度の変化に応じて自動でレーザー出力をコントロールしてくれるので、仕上がりが美しくなる。

 GコードをCNCに転送するためソフトはbCNCを使用。
 実行すると、最初にX軸、それからY軸の順に駆動した。
IMG_6241.jpg 
つまり、CNCマシンのフレーム組み付け角度がそのまま転写される。

 短辺を合わせて直角定規を当てる・・・・、
IMG_6343.jpg
 長辺側400mmの両端での隙間を見ると約1.6mm程度のずれが生じている。角度になおせば約0.2度。
図示すれば、こんな感じか。
図.png


 自作マシンのガントリーは、X軸が断面20×60mmのアルミフレームが並列に2本並び、これの両端に6mmのアルミのエンドプレートをボルトで固定している。プレートに付いたホイールがY軸フレームのレールを動くので、プレートをY軸と考えてよい。

フレームは、ミスミで長さ指定して購入したものをそのまま使っており、特に高精度な加工を行ってはおらず、X軸フレームの端断面の傾斜、あるいは、2本のフレーム長が違うなどが傾きの原因になっていると思われる。

 修正は、X軸フレームと端のプレートとの間にシムを挟む。
 試しに厚さ0.15~0.2mm程度の厚手のナイロン袋の2枚合わせの部分を挟んでみた。
IMG_6269.jpg
 再度L字を描かせると、直下定規にほぼ重なる感じだが、よく見ると若干の過修正で、反対方向にわずかに(多分0.5mm未満)ずれている。噛ませ幅を減らすか、厚さを薄くすれば良さそうだ。

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